DE4037071A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der guete einer zuendanlage fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

In modernen Zündanlagen für Verbrennungskraftmaschinen wird bekanntlich anstelle eines Unterbrecherkontaktes im Verteiler ein Schalttransistor (Transistorzündung) verwendet, der in Reihe zum Primärkreis der Zündspule geschaltet ist und im leitenden Zustand einen Strom durch den Primärkreis der Zündspule fließen läßt. Im Zündzeitpunkt wird der Schalttransistor abgeschaltet. Beim Abschalten erfolgt eine Stromänderung im Primär­ kreis der Zündspule, die durch Selbstinduktion eine Spannung im Primärkreis erzeugt. Die im Primärkreis induzierte Spannung erzeugt eine Hochspannung im Sekun­ därkreis, die beispielsweise 30 KV beträgt. Mit der Hochspannung werden die Zündkerzen des Motors gezündet.

Zwischen dem Anstieg der Spannung an der Primärwicklung im Zündzeitpunkt (Abschalten des Transistors) und der Zündung (Funkenüberschlag) vergeht eine bestimmte Zeit. Ideal wäre eine möglichst weitgehende Übereinstimmung zwischen dem Abschalten des Schalttransistors und dem Funkenüberschlag an den Zündkerzen. In der Praxis läßt es sich jedoch nicht realisieren, daß das Abschalten des Transistors zeitlich mit dem Funkenüberschlag über­ einstimmt. Die Zeit, die zwischen dem Anstieg der Span­ nung an der Primärspule, hervorgerufen durch das Ab­ schalten des Schalttransistors, und dem Funkenüber­ schlag an den Zündkerzen vergeht, ist ein Maß für die Güte der Zündanlage. Je kürzer der Zeitabstand zwischen dem Anstieg der Primärspannung und dem Funkenüberschlag ist, desto besser ist die Zündanlage, und umgekehrt. Die zum Funkenüberschlag erforderliche Zündspannung baut sich umso langsamer auf, je größer die Belastung der Zündkerzen (z. B. durch Ruß) ist. Bei starken Zünd­ kerzenabbrand wird die Zeitspanne zwischen dem Anstieg der Primärspannung und dem Funkenüberschlag ebenfalls vergrößert. Um den Schalttransistor vor zu hohen Span­ nungen zu schützen, wird die Primärspannung begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Bestimmung der Belastung bzw. der Güte einer Zündanlage für Verbrennungskraftmaschinen anzu­ geben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Impuls auf die Primärseite der Zündspule übertragen wird, wenn die Funkenstrecke während der Begrenzungs­ phase (Begrenzung der primärseitigen Spannung auf einen Wert, den der Schalttransistor verträgt) gezündet wird. Dieser Impuls führt zu einer Änderung des Stromes im Spannungs-Begrenzungszweig. Der Strom durch den Begren­ zungskreis sinkt dabei auf Null. Dieses Absinken des Stromes ist das Endkriterium für die zu messende Zeit­ spanne zwischen Anstieg der Spannung im Primärkreis der Zündspule und Funkenüberschlag.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung zur Bestimmung der Güte einer Zündanlage für Verbrennungskraftmaschinen. Die Schaltungsanordnung der Fig. 1 weist eine Zündspule 1 mit der Primärspule 2 und der Sekundärspule 3 auf. Die beiden Spulen (2, 3) der Zündspule 1 sind an ihren Fußpunkten miteinander verbunden. In Reihe zur Primärspule 2 liegt ein Schalt­ transistor 4, dessen Basis in Abhängigkeit von der Zündstellung des Motors angesteuert wird. Ist der Tran­ sistor 4 leitend geschaltet, so fließt ein Strom durch die Primärspule 2, den Transistor 4 und den Widerstand 5 zur Masse. Dieser Strom wird im Zündzeitpunkt unter­ brochen, indem der Transistor 4 durch entsprechende Basisansteuerung hochohmig gemacht wird. Dabei kommt es zu einer abrupten Stromänderung, die in der Primärspule 2 durch Selbstinduktion eine Primärspannung erzeugt und in der Sekundärspule 3 eine Hochspannung induziert.

Die Fig. 2a zeigt den Spannungsverlauf U_{MP 1} am Kollek­ tor des Transistors 4 im Bereich des Zündzeitpunktes. Wird der Transistor 4 durch entsprechende Basisansteue­ rung abgeschaltet und damit hochohmig, so entsteht durch die dabei entstehende Stromänderung am Kollektor des Transistor 4 gemäß der Fig. 2a eine Spannung U_{MP 1}, die zunächst ansteigt, dann waagerecht verläuft und im Zündzeitpunkt einen Einbruch erlebt, dann wieder etwas ansteigt und danach auf Null abfällt. Der im Zündzeit­ punkt (Bereich 6) auftretende Spannungseinbruch ist gleichbedeutend mit einem Spannungsimpuls, der zur Fol­ ge hat, daß der Strom in der Begrenzungsschaltung 7 auf Null zurückgeht. Da der Strom in der Begrenzungsschal­ tung 7 auf Null zurückgeht, ist diese Stromreduzierung ein Indiz dafür, daß ein Funkenüberschlag erfolgt ist, und damit ein Indiz für den Zündzeitpunkt. Andererseits kann man leicht feststellen, zu welchem Zeitpunkt die Spannung an der Primärspule 2 ansteigt. Aus dem Zeit­ punkt für das Einleiten des Zündvorganges (Anstieg der Spannung an der Primärspule) und aus dem Zeitpunkt, bei dem der Strom in der Begrenzerschaltung zurückgeht, läßt sich diejenige Zeitspanne ermitteln, die zwischen dem Einleiten der Zündung und dem Zünden selbst ver­ geht. Diese Zeitspanne ist ein Maß für die Güte der Zündanlage. Je kleiner diese Zeitspanne ist, desto bes­ ser ist die Zündanlage, und umgekehrt.

Die Begrenzungsschaltung 7 hat die Aufgabe, die Span­ nung am Kollektor des Transistors 4 zu begrenzen, weil der Kollektor des Transistors 4 nicht eine beliebig hohe Spannung vertragen kann. Die Maximalspannung am Kollektor des Transistors 4 darf beispielsweise 380 V betragen. Die Begrenzungsschaltung 7 der Fig. 1 be­ steht aus den Widerständen 8, 9 und 10 sowie aus der Zenerdiode 11. Überschreitet die Spannung am Kollektor des Transistors 4 einen bestimmten Wert, so überschrei­ tet die Spannung an der Zenerdiode 11 die Zenerspan­ nung, wodurch die Zenerdiode 11 leitend wird. Wird die Zenerdiode leitend, so erhält der Transistor 4 einen Basisstrom, der ihn leitend macht. Dadurch sinkt seine Kollektorspannung M_{P 1}, was wiederum zur Folge hat, daß die Spannung an der Zenerdiode auf einen Wert sinkt, der unter der Zenerspannung liegt und somit die Zener­ diode wieder sperrt. Dieser Mechanismus wird als aktive Klemmung bezeichnet, die die Kollektorspannung des Transistors 4 auf einen bestimmten Wert, z. B. 380 V, begrenzt.

Die in der Fig. 1 angegebene Schaltung zur Erkennung des Belastungszustandes einer Zündanlage bei Verbren­ nungskraftmaschinen weist erfindungsgemäß eine logische Verknüpfungsschaltung (Torschaltung) 12 auf, die von einem Komparator 13, einem Flip-Flop 14 und einem Gene­ rator 15 angesteuert wird. Die Torschaltung 12 ist bei­ spielsweise ein UND-Gatter. Dem Flip-Flop 14 ist ein Verstärker 16 vorgeschaltet, dem die Spannung am Wider­ stand 10 zugeführt wird.

Der Komparator 13 vergleicht die Spannung U_{MP 1} am Kol­ lektor des Transistors 4 mit einer Schwellenspannung U_Sch (Fig. 2a). Überschreitet die Spannung U_{MP 1} am Kollektor des Transistors 4 die Schwellenspannung U_Sch (Fig. 2a), so entsteht am Ausgang des Komparators eine Spannung U_{MP 4}, die dem Spannungsdiagramm der Fig. 2d zu entnehmen ist.

Die Taktfrequenz des Generators 15 kann zu dem der lo­ gischen Verknüpfungsschaltung 12 nachgeschalteten Zäh­ ler 17, unter folgenden Bedingungen gelangen. Am Aus­ gang des Komparators 13 muß eine Spannung U_{MP 4} vorhan­ den sein, was dann der Fall ist, wenn die Kollektor­ spannung U_{MP 1} des Transistors 4 die Schwellenspannung U_Sch des Komparators 13 überschreitet. Daneben muß noch die Bedingung erfüllt sein, daß das Flip-Flop 14 das Tor 12 freigibt. Dies ist dann der Fall, wenn am Wider­ stand 10 der Begrenzerschaltung eine bestimmte Spannung anliegt. Durch den Begrenzungszweig 7 und damit durch den Widerstand 10 fließt dann ein Strom, wenn die Kol­ lektorspannung U_{MP 1} die Begrenzungsspannung U₂ er­ reicht. Fällt der Strom, der durch den Widerstand 10 fließt, ab, so fällt auch die Spannung am Widerstand 10 ab. Bei Unterschreiten einer bestimmten Spannung am Widerstand 10 wird die Ausgangsspannung des Flip-Flops 14 invertiert und das Tor 12 geschlossen.

Die Taktimpulse aus dem Generator 15 werden während der Offenzeit des Tores 15, wie bereits erwähnt, dem Zähler 17 zugeführt. Wird das Tor 17 geschlossen, so wird der Zählerstand des Zählers 17 von einer Auswerteschaltung 18 übernommen, die beispielsweise ein Mikroprozessor ist.

Das Wesen der Vorrichtung der Fig. 1 besteht also dar­ in, daß Zählimpulse des Generators 15 über das Tor 12 zum Zähler 17 gelangen, wenn der Komparator 13 und das Flip-Flop 14 das Tor 12 entsprechend ansteuern. Der Komparator 13 liefert gemäß der Fig. 2d dann eine Spannung an das Tor 12, wenn die Kollektorspannung U_{MP 1} gemäß der Fig. 2a eine vorgegebene Schwellenspannung überschreitet. Dies ist dann der Fall, wenn der Schalt­ transistor 4 in der Zündphase abgeschaltet wird. Das Flip-Flop 14 liefert gemäß der Fig. 2c ein Ausgangs­ signal U_{MP 3} an das Tor 12 vom Ansteigen der U_{MP 1} an bis zum Zündzeitpunkt. Unter diesen Umständen ist das Tor 12 vom Überschreiten der Schwellenspannung U_Sch an bis zum Zündzeitpunkt geöffnet. Da der Zähler 17 die Zähl­ impulse des Generators 15 während der Öffnungszeit des Tores 12 übernehmen kann, ist der jeweilige Zählerstand ein Indiz für diejenige Zeitspanne, die vom Überschrei­ ten der Schwellenspannung bis zum Zündzeitpunkt ver­ geht, und damit ein Indiz für die Güte der Zündanlage.

Wie die Fig. 2b zeigt, wird von der Begrenzerschaltung 7 bzw. vom nachgeschalteten Verstärker 16 lediglich ein kurzer Spannungsimpuls U_{MP 2} kurz vor dem Zündzeitpunkt und ein kurzer Spannungsimpuls (U_{MP 2}) kurz vor dem Zündzeitpunkt und ein kurzer Spannungsimpuls (U_{MP 2}) kurz nach dem Zündzeitpunkt geliefert. Die negative Flanke des Spannungsimpulses U_{MP 2} vor dem Zündzeitpunkt invertiert das Ausgangssignal U_{MP 3} des Flip-Flop 14 und schließt dadurch die Torschaltung 12.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bestimmen der Güte einer Zündanlage für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Transistorzün­ dung und einer Begrenzerschaltung zum Begrenzen der Kollektorspannung des Schalttransistors, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Anstiegs der Pri­ märspannung der Zündspule, der durch das Abschalten des Schalttransistors im Bereich des Zündzeitpunktes be­ dingt ist, und der Zeitpunkt des Absinkens des Stromes in der Begrenzerschaltung, das durch den Funkenüber­ schlag im Zündzeitpunkt bedingt ist, ermittelt werden und daß aus der Zeitspanne, die zwischen dem Anstieg der Primärspannung der Zündspule und dem Absinken des Stromes in der Begrenzerschaltung vergeht, auf die Güte der Zündanlage geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugspunkt für den Anstieg der Primärspannung der Zündspule eine bestimmte Schwellenspannung heran­ gezogen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kom­ parator vorgesehen ist, der die Kollektorspannung des Schalttransistors mit einer Schwellenspannung ver­ gleicht, daß ein Flip-Flop vorgesehen ist, welches von der Begrenzerschaltung angesteuert wird, und daß ein Generator vorgesehen ist, der über eine Torschaltung Zählimpulse an einen Zähler liefert, und zwar dann, wenn die Torschaltung vom Komparator und vom Flip-Flop angesteuert wird, und solange, bis die Ausgangsspannung des die Torschaltung ansteuernden Flip-Flops invertiert wird und dadurch die Torschaltung schließt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung ein UND-Gatter ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Zähler eine Auswerteschaltung nachge­ schaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Flip-Flop ein Verstärker vorgeschaltet ist.